(57)【要約】【課題】プラズマエッチングすることによる圧電体ウエハの割れを防止する。【解決手段】水晶（圧電体）ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して水晶ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、エッチング工程の前に、水晶体ウエハ１０の圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部２０に、圧電体振動片形成領域１８に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝２８を有する金属膜３０を形成する工程を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して前記圧電体ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、
前記エッチング工程の前に、前記圧電体ウエハの圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部に、前記圧電体振動片形成領域に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝を有する金属膜を形成する工程を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記金属膜の前記貫通溝は、前記金属マスクを形成する工程において形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記複数の貫通溝は、前記圧電振動片形成領域に形成する圧電振動片の辺に対して略４５°傾斜していることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法において、
前記貫通溝は、端が前記圧電体ウエハの縁より内側にあることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法において、
前記複数の貫通溝は、相互に交差させないで形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法により形成したことを特徴とする圧電振動片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片の製造方法に係り、特にプラズマを用いて圧電体ウエハをいわゆる深堀エッチングするのに好適な圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの通信機器をはじめとする電子機器は、高性能化、小型化が著しい。これに伴って、これらの電子機器に搭載される水晶発振器などの圧電デバイスの高性能化、小型化が強く要求されている。そして、近年は、高精度な加工が可能であるところから、プラズマを用いたドライエッチングにより圧電振動片を形成する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、水晶ウエハをドライエッチングして圧電振動片を形成する場合、水晶ウエハの表面に所定のパターンを有する厚い金属膜（例えば、ニッケル（Ｎｉ）膜）のマスクを形成し、この金属マスクを介して水晶ウエハの全面にプラズマを照射し、水晶ウエハをエッチングする。ところが、ニッケルからなる金属マスクを形成するときに、水晶ウエハの周縁部にニッケルの膜が形成される。そして、水晶とニッケルとでは、熱膨張係数が異なるため、ニッケル膜が形成された水晶ウエハにプラズマを照射すると、両者の熱膨張係数の差に基づく応力が水晶ウエハに作用する。このため、水晶ウエハをプラズマエッチングして圧電振動片の外形形状を形成するなどのいわゆる深堀をすると、ニッケルと水晶との熱膨張係数に基づく応力が水晶ウエハに作用し、水晶ウエハが割れてしまうことがある。このため、水晶ウエハに割れを生ずることなくドライエッチングにより水晶ウエハを深堀できる技術の開発が望まれている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、プリント配線基板の捨てる部分に配線パターンと同じ配線パターンの一部を形成し、プリント配線基板に回路素子を接合するときの熱により、プリント配線基板が反ったり捩れたりするのを防止する技術が開示してある。
【特許文献１】特開２００１−３２６４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電デバイスを構成する圧電振動片は、電子機器の小型化に伴って小型、薄型化されている。そして、近年は、厚みが１００μｍ以下の水晶ウエハから圧電振動片を製造することも行なわれている。このため、圧電振動片の製造に特許文献１に記載された技術を転用し、水晶ウエハの周縁部の捨てる部分に配線パターンの一部と同じダミーパターンを形成した場合、水晶ウエハをエッチングしたときにウエハの強度が弱くなる。すなわち、水晶ウエハをエッチングして圧電振動片用のブランクを形成すると、ダミーパターンを設けていない部分がエッチングされて抜けてしまい、後の工程などでウエハの位置決めのためにウエハを厚み方向に押さえつけたときに、ウエハが割れてしまう。また、水晶ウエハの外周部に配線パターンの一部と同じダミーパターンを形成したとしても、Ｘ方向とＹ方向との２方向から作用する応力を緩和できるとは限らない。
本発明は、プラズマエッチングすることによる圧電体ウエハの割れを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、圧電体ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して前記圧電体ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、前記エッチング工程の前に、前記圧電体ウエハの圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部に、前記圧電体振動片形成領域に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝を有する金属膜を形成する工程を有することを特徴としている。
【０００７】
このようになっている本発明は、圧電体ウエハの圧電振動片を形成しないウエハ周縁部に形成される金属膜に、幅の狭い貫通溝を設けることにより、金属膜の各部分におけるプラズマエッチングの際の熱変形量を小さくすることができる。このため、圧電体ウエハと金属膜との熱膨張係数が異なっていても、圧電体ウエハに作用する応力を大きく低減することができ、圧電体ウエハの割れを防止することができる。しかも、金属膜に形成する貫通溝は、幅が圧電体ウエハの圧電振動片形成領域に形成する溝の幅より狭く、マイクロローディング効果が得られるようにしてあるため、圧電体ウエハのエッチングされる量が小さく、大幅な強度低下を防ぐことができる。すなわち、圧電振動片形成領域に形成する溝が圧電体ウエハを貫通する溝であっても、圧電体ウエハの金属膜の貫通溝と対応した部分は貫通した溝とならない。したがって、圧電体ウエハの大幅な強度の低下を防ぐことができ、後の工程で圧電体ウエハを押さえつけても割れることがない。発明者の研究によると、水晶ウエハの圧電振動片形成領域に幅が２５μｍ、深さが５０μｍの溝をプラズマエッチングで形成した場合、金属膜に形成する貫通溝の幅が５μ程度以下であればマイクロローディング効果により、水晶ウエハの金属膜の貫通溝に対応した部分は、深さが１０μｍ程度の溝にしかならない。
【０００８】
金属膜の貫通溝は、金属マスクを形成する工程において形成することができる。金属マスクの形成工程において、貫通溝を形成すると、余分な工程を設ける必要がなく、工程を簡素にできる。また、複数の貫通溝は、圧電振動片形成領域に形成する圧電振動片の辺に対して略４５°傾斜させることが望ましい。これにより、圧電体ウエハのＸ方向とＹ方向とに作用する応力を緩和することができる。
【０００９】
さらに、貫通溝は、端が前記圧電体ウエハの縁より内側となるように形成する。圧電体ウエハは、プラズマエッチングされると、金属膜に形成した貫通溝に対応した部分に浅い溝が形成される。このため、金属膜に設けた貫通溝が圧電体ウエハの縁まで達していると、圧電体ウエハの縁に浅い切欠きが形成され、割れの原因となりやすい。金属の貫通溝が圧電振動片の形成領域に達している場合も、その部分の圧電体ウエハは、貫通した溝を形成されることが多いため、上記と同様の理由により望ましくない。また、複数の貫通溝は、相互に交差させないで形成するとよい。金属膜に形成した貫通溝が交差している場合、プラズマエッチングされた圧電体ウエハのその部分に対応した部分の強度が弱くなるおそれがある。
【００１０】
本発明に係る圧電振動片は、上記したいずれかの圧電振動片の製造方法により形成したことを特徴としている。これにより、圧電振動片をプラズマエッチングにより形成するときに、圧電体ウエハに割れを生ずることがなく、高精度な圧電振動片のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、圧電体ウエハが水晶ウエハであって、圧電振動片（振動片用ブランク）を形成する場合について説明する。
【００１２】
図１および図２は、本発明の実施の形態に係る圧電振動片の製造方法の要部を説明する工程図である。まず、水晶の結晶ブロックから切り出した水晶ウエハを研磨、洗浄したのち、図１（１）に示したように、水晶ウエハ１０の上下の両面にニッケル（Ｎｉ）をめっきし、ニッケル層１２（１２ａ、１２ｂ）を形成する。さらに、ニッケル層１２の上に金（Ａｕ）をスパッタリングし、金の薄膜からなる金層１４（１４ａ、１４ｂ）を形成する。なお、ニッケル層１２は、水晶ウエハ１０との密着性が悪く、フォトレジストとの密着性のよい金層１４を形成するためのもので、真空蒸着やスパッタリングなど、他の方法によって形成してもよい。また、金層１４もめっきや蒸着など、他の方法によって形成してもよい。
【００１３】
その後、上下の金層１４の表面にフォトレジストを塗布する。そして、同図（２）に示したように、乾燥、固化したフォトレジストを露光、現像して所定の形状にパターニングし、金層１４の一部を露出させたレジストマスク１６（１６ａ、１６ｂ）を形成する。このレジストマスク１６は、水晶ウエハ１０の中央部の圧電振動片形成領域１８においては、水晶ウエハ１０をプラズマエッチングする部分にレジスト２２ａが残るようにパターニングする。すなわち、水晶ウエハ１０のプラズマエッチングしない部分の金層１４を露出させる。なお、この実施形態においては、圧電振動片（振動片用ブランク）の外形を形成する場合を例にしており、圧電振動片形成領域１８上下のレジスト２２ａは対応した位置に残される。
【００１４】
また、圧電振動片形成領域１８の外側のウエハ周縁部２０においては、後述する金属膜の貫通溝を形成する部分にレジスト２２ｂが残るようにパターニングする。なお、水晶ウエハ１０のウエハ周縁部２０に設けたレジスト２２ｂの幅ｄは、圧電振動片形成領域１８に形成する溝の幅より狭くしてある。すなわち、レジスト２２ｂの幅ｄは、レジスト２２ａの幅より狭く、実施形態の場合、マイクロローディング効果が得られるように２μｍ以下にしてある。
【００１５】
次に、図１（３）に示したように、レジストマスク１６を介して露出している金層１４をエッチングして除去し、ニッケル層１２の一部を露出させる。その後、図１（４）に示したように、露出させたニッケル層１２の上にニッケルを厚膜めっきしてニッケル厚膜２４（２４ａ、２４ｂ）を形成する。
【００１６】
次に、図２（１）に示したように、水晶ウエハ１０の両面のレジストマスク１６を剥離除去し、レジストマスク１６に覆われていた金層１４を露出させる。さらに、露出させた金層１４をエッチングして除去し、ニッケル層１２のニッケル厚膜２４に覆われていない部分を露出させる。その後、所定のエッチングガスのプラズマを水晶ウエハ１０の全面に照射し、図２（２）に示したように、露出させたニッケル層１２をエッチングして除去し、水晶ウエハ１０の一部を露出させる。このとき、ニッケル厚膜２４も表層部がエッチングされる。なお、ニッケル層１２の除去は、ウエットエッチングで行なってもよい。
【００１７】
これにより、水晶ウエハ１０の圧電振動片形成領域１８の表面にニッケル層１２、ニッケル厚膜２４からなる所定パターンの金属マスク２６（２６ａ、２６ｂ）が形成される。また、圧電振動片形成領域１８の外側のウエハ周縁部２０には、貫通溝２８を有するニッケル層１２、ニッケル厚膜２４からなる金属膜３０が形成される。図３は、貫通溝２８を備えた金属膜３０を有する水晶ウエハ１０の一部を模式的に示した平面図である。
【００１８】
水晶ウエハ１０は、実施形態の場合、矩形または正方形に形成してある。水晶ウエハ１０の圧電振動片形成領域１８には、例えば音叉型の圧電振動片（振動片用ブランク）３２の外形を形成するための金属マスク２６（図３には図示せず）が設けてある。そして、圧電振動片形成領域１８の外側のウエハ周縁部２０には、ニッケル層１２、ニッケル厚膜２４からなる金属膜３０が設けてある。金属膜３０には、金属膜３０を貫通した貫通溝２８が複数形成してある。貫通溝２８は、実施形態の場合、形成する圧電振動片３２の辺に対して、すなわち水晶ウエハ１０の辺に対して４５°傾斜させて形成してある。また、各貫通溝２８は、端が水晶ウエハ１０の縁３４（３４ａ、３４ｂ）および圧電振動片形成領域１８の外縁３６のいずれにも達しないように形成してある。さらに、各貫通溝２８は、相互に交差しないように形成してある。なお、図２においては、水晶ウエハ１０の上側と下側との金属膜３０に形成した貫通溝２８が、対応位置に形成してあるように記載してあるが、上下の貫通溝２８の形成位置は、対応していてもよいが、対応させないほうが望ましい。
【００１９】
図２（２）のように水晶ウエハ１０の表面に金属マスク２６を形成したならば、圧電振動片形成領域１８に圧電振動片３２の外形を形成するため、いずれか一方の金属マスク２６（例えば、金属マスク２６ａ）を用いて、水晶ウエハ１０を途中までプラズマエッチングして深溝３８を形成する（図２（３）参照）。深溝３８の深さｈは、水晶ウエハ１０の厚みの約半分、すなわちウエハの厚みが１００μｍである場合、約５０μｍである。また、水晶ウエハ１０は、プラズマエッチングされると、貫通溝２８に対応した浅い溝４０がウエハ周縁部２０に形成される。
【００２０】
水晶ウエハ１０に、このようなエッチング量の大きい、いわゆる深堀をプラズマエッチングにより形成したとしても、実施形態においては、水晶ウエハ１０のウエハ周縁部２０に形成された金属膜３０に複数の貫通溝２８を形成しているため、割れを生ずることがない。すなわち、金属膜３０に複数の貫通溝２８を設けたことにより、金属膜３０の各部分における熱変形量が小さくなる。このため、水晶ウエハ１０と金属膜３０との熱膨張係数の相違に基づく水晶ウエハ１０に作用する応力が小さくなり、水晶ウエハ１０の割れを防止することができる。しかも、貫通溝２８は、圧電振動片３２の辺に対して４５°傾斜して形成してあるため、図３の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とに作用する応力を確実に緩和することができる。また、貫通溝２８は、端が水晶ウエハ１０の縁３４および圧電振動片形成領域１８の外縁３６まで延在していないため、水晶ウエハ１０に浅い溝４０が形成されても、水晶ウエハ１０の割れのきっかけとなるのを防止することができる。さらに、貫通溝２８は、相互に交差しないように形成して、水晶ウエハ１０の強度がなるべく小さくならないようにする。
【００２１】
水晶ウエハ１０の片側面に所定深さｈの深溝３８を形成したならば、他側面の金属マスク３０ｂを用いて水晶ウエハ１０の他側の面をプラズマエッチングする。この水晶ウエハ１０の他側面からのエッチングは、図２（４）に示したように、圧電振動片形成領域１８に貫通した外形溝４２が形成されるまで行なう。このエッチングの場合においても、水晶ウエハ１０の他側面のウエハ周縁部２０には、貫通溝２８に対応した浅い溝４４が形成される。したがって、水晶ウエハ１０の両側の面に設けた金属膜３０の貫通溝２８は、対応した位置でないところに設けるほうが水晶ウエハ１０の強度の低下を小さくすることができる。なお、発明者の実験によると、金属膜３０に形成した貫通溝２８の幅を２μｍ以下にすると、大きなマイクロローディング効果が得られることが確認された。すなわち、水晶ウエハ１０に幅が２５μｍ、深さ５０μｍの溝を形成した場合、金属膜３０の貫通溝２８の幅を５μｍ以下にすると、水晶ウエハ１０には深さ１０μｍ程度の浅い溝しか形成されなかった。
【００２２】
上記のように水晶ウエハ１０の圧電振動片形成領域１８に圧電振動片３２の外形形状を形成したならば、図２（５）に示したように、ニッケル層１２とニッケル厚膜２４とからなる金属マスク２６と金属膜３０とを剥離、除去する。その後、圧電振動片（振動片用ブランク）３２の外形形状を形成した水晶ウエハ１０を次工程に送り、通常の工程を経て圧電振動片用ブランクに電極を形成して圧電振動片３２にし、各圧電振動片３２を水晶ウエハ１０から分離する。
【００２３】
上記実施形態は、本発明の一態様であって、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、圧電体ウエハが水晶ウエハ１０である場合について説明したが、圧電体ウエハは、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなど他の圧電体ウエハにも適用することができる。また、前記実施形態においては、圧電振動片が音叉型である場合について説明したが、圧電振動片はＡＴなど他の振動片であってもよい。そして、前記実施形態において、いわゆる深堀が圧電振動片３２の外形形状を形成するための貫通した溝を形成する場合について説明したが、メサを形成するなど、圧電体ウエハを３０μｍ以上プラズマエッチングする深堀に対して有効である。また、金属膜３０に設けた貫通溝２８は、金属膜３０を形成したのち、金属膜３０を構成しているニッケル厚膜２４とニッケル層１２とをエッチングして形成してもよい。さらに、金属膜３０に形成する貫通溝は、相互に独立して形成した図３の横方向の溝と縦方向の溝とを混在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する要部工程図である。
【図２】実施の形態に係る圧電振動片の製造方法の図１に続く要部工程図である。
【図３】実施形態の金属膜に貫通溝を設けた水晶ウエハの一部平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０………圧電体ウエハ（水晶ウエハ）、１２ａ、１２ｂ………ニッケル層、１８………圧電振動片形成領域、２０………ウエハ周縁部、２４ａ、２４ｂ………ニッケル厚膜、２６ａ、２６ｂ………金属マスク、２８………貫通溝、３０………金属膜、３２………圧電振動片、４０、４４………浅い溝、４２………外形溝。
【図１】
2007135129.tif 000003
【図２】
2007135129.tif 000004
【図３】
2007135129.tif 000005